第三章数控机床的位置检测解析

1．感应同步器的结构 感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线 式感应器---一个展开的多极旋转变压器。 利用滑尺上的激磁绕组和定尺上的感应绕组 之间相对位置变化而产生电磁耦合变化，发 出相应的位置电信号来实现位移检测。
感应同步器的结构
感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。定尺
安装在移动部件的导轨上，长度大于被检测
步器、光电编码器和光栅等位置检测
议
装置的结构特点、工作原理。
第一节 概 述
一、位置检测装置的要求
位置检测装置是NC机床重要组成部分，在闭环系统 中其主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数控 装置发出指令信号比较，如有偏差，经放大后控制执 行部件，使其朝消除偏差方向运动，直至偏差为零。
为提高数控机床的加工精度，须提高检测元件和检 测系统的精度，不同类型数控机床，对检测元件和检 测系统的精度要求、允许的最高移动速度各不相同。
第三章 数控机床的位置检测
第三章 数控机床的位置检测
本章主要介绍数控机床的位置检测装置作用及分类，
提
讲wenku.baidu.com了旋转变压器、感应同步器、光电编码器、光栅
和脉冲编码器的结构、工作原理及其应用。
要点：数控机床的位置检测装置作用及分类，光电编
要 码器和光栅结构、工作原理及其应用。
难点：光电编码器和光栅结构、工作原理及其应用。
定尺和滑尺的结构:
基板上用绝缘粘接剂粘上一层铜箔，基 板材料可用防磁钢板，铝板等，定尺表面 涂一层耐切削液的涂层，滑尺的铜箔绕组 上用绝缘粘合剂粘在一层铝箔。
在铜箔上用制造印刷线路板的方法制成 节距T＝2τ，一般为2mm的方形绕组。 其中定尺上为一个绕组，滑尺上有正弦激 磁绕组和余弦激磁绕组两个绕组，两绕组 的位置相互错开1/4节距。
旋转变压器——抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、 动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便， 应用广泛。
脉冲编码盘——工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低， 是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元 器件，但抗污染能力差，易损坏。
激光干涉仪——精度很高，但抗震性、抗干扰能力差， 价格较贵，应用较少。
分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测 量线路。在设计数控机床，尤其是高精度或大 中型数控机床时，必须选用检测元件。
2．检测传感器分类
从检测的 信号分
直线型 回转型
直线感应同步器、长光栅、 长磁栅、激光干涉仪 旋转变压器、圆感应同步器、 圆光栅、圆磁栅、编码盘
从传感器 输出信号分
模拟式 旋转变压器、感应同步器 数字式 光栅检测装置、脉冲编码盘
一般要求检测元件的分辨率在0.0001～0.01mm之 内、测量精度为 ±0.001～0.02mm/m,运动速度为 0～ 24m/min。
数控机床对位置检测装置的要求：
高可靠性和高抗干扰性； 满足精度与速度要求； 使用维护方便，适合机床运行环境； 低成本。
二、位置检测装置的分类
检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的 作用是检测位移，发送反馈信号，构成闭环控制。 数控机床的运动精度主要由检测系统的精度决定。 位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。
位置检 测装置
数字式
光电盘 增量式 圆光栅 绝对式 －数码盘
测角 模拟式
增量式 绝对式
多级同步分解器 同步分解器组件 三重式圆感应同步器 同步分解器 圆感应分解器 磁盘
测长
数字式 模拟式
增量式 －长光栅
绝对式 －多通道透射光栅
直线感应分解器
增量式 磁尺 绝对式 －多重式直线感应同步器
第二节 感应同步器位置检测装置
常用位置检测装置的分类
回转型检测装置
直线型检测装置
数字式检 测装置 光电盘
数码盘
圆光栅
模拟式检 测装置
同步分解 器
圆形感应 同步器
圆形磁尺
数字式检 测装置 直线光栅
多通道透 射光栅 计量光栅
模拟式检 测装置 直线感应 同步器 直磁尺
绝对值式 磁尺
数字式测量 模拟式测量
将被测量以数字形式表示，测量量一般为 电脉冲。 将被测的量以连续变量表示，如电压变化、 相位变化等。主要用于小量程测量。
二、位置检测装置的分类
不同类型NC机床对检测系统要求不同。大型 数控机床要求速度响应高，中型和高精度数控 机床以满足精度要求为主。测量系统分辨率一 般要求比加工精度高一个数量级。
直接测量--对机床直线位移采用直线型检测元 件测量，其测量精度取决于测量元件精度，不 受机床传动精度的影响。
间接测量--对机床直线位移采用回转型检测元 件测量，测量精度取决于测量元件和机床传动 链两者的精度。为提高定位精度，常需对机床 的传动误差进行补偿。
件长度；滑尺较短，安装在运动部件上。定
尺和滑尺均由基板（钢或铝合金板）、平面
绕组和保护屏蔽层等部分组成。
定尺
节距2τ（2mm）
基板(钢、铜) 绝缘粘胶 铜箔 耐切削液涂层 铝箔
41节距（0.5mm）sin
cos
滑尺
分类：直线式和旋转式两类
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，测量直线位移； 旋转式感应同步器由定子和转子组成；测量角度位移。
测量方式
增量式测量 绝对式测量
只测位移量，如测量单位为0.01 mm,则每移 动0.01mm就发出一个脉冲信号。
被测量的任意一点位置均由固定的零点标起， 每一个被测点都有一个相应的测量值。
直接测量 间接测量
将检测装置直接安在执行部件上，如光栅， 感应同步器用于直接测量工作台直线位移。
将检测装置安在滚珠丝杠或驱动电机轴上， 通过检测转动件的角位移来间接测量执行部 件的直线位移。
学时：4学时
第三章 数控机床的位置检测
了解数控机床的位置检测装置作用及类型。
目
掌握旋转变压器，感应同步器的结构特点、工作
原理及应用。
标
掌握光栅和光电编码器的结构特点、工作原理
及应用。
了解脉冲编码器的结构特点、工作原理及应用。
第三章 数控机床的位置检测
建
学生学习本章节，可结合数控中心的
数控机床来了解旋转变压器、感应同
3．检测元件的特点
感应同步器——抗干扰能力强，对环境要求低，维护简单、
价格低，寿命较长，具有一定精度、应用较广。
光栅——抗干扰能力强，高分辨率、大量程、测量精度高、
应用广泛，但成本较高，制造工艺要求高。
磁栅——抗干扰能力强，对环境条件要求低，安装调整方便，
精度高，但存在磁信号的稳定性，磁头磨损等问题。